特開 2024-136794 太陽電池モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024136794

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】太陽電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H10K 39/10 20230101AFI20240927BHJP

   H10K 30/88 20230101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

H10K39/10

H10K30/88

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023048042

(22)【出願日】2023-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000000941

【氏名又は名称】株式会社カネカ

(74)【代理人】

【識別番号】100131705

【弁理士】

【氏名又は名称】新山 雄一

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】寺下 徹

(72)【発明者】

【氏名】小島 広平

(72)【発明者】

【氏名】中村 淳一

【テーマコード（参考）】

5F251

【Ｆターム（参考）】

5F251AA20

5F251BA03

5F251BA11

5F251CB13

5F251CB14

5F251CB15

5F251CB27

5F251EA03

5F251EA09

5F251EA10

5F251EA11

5F251EA19

5F251FA02

5F251GA03

5F251JA02

5F251JA03

5F251JA04

5F251JA05

5F251JA30

5F251XA01

(57)【要約】

【課題】信頼性が高い太陽電池モジュールを提供すること。
【解決手段】本発明の一態様に係る太陽電池モジュール１は、基材１１及び前記基材１１上に並んで形成される複数の帯状の太陽電池サブセル１２を有する太陽電池サブモジュール１０と、前記太陽電池サブモジュール１０の表面側を覆う表面保護部材３０と、前記太陽電池サブモジュール１０の裏面側を覆う裏面保護部材４０と、前記表面保護部材３０と前記裏面保護部材４０の間の前記太陽電池サブモジュール１０の周囲の空間に充填される封止材５０と、を備え、前記裏面保護部材４０は、前記太陽電池サブモジュール１０の両端部の１以上の前記太陽電池サブセル１２を覆う遮光パターン４１を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材及び前記基材上に並んで形成される複数の帯状の太陽電池サブセルを有する太陽電池サブモジュールと、
前記太陽電池サブモジュールの表面側を覆う表面保護部材と、
前記太陽電池サブモジュールの裏面側を覆う裏面保護部材と、
前記表面保護部材と前記裏面保護部材の間の前記太陽電池サブモジュールの周囲の空間に充填される封止材と、
を備え、
前記裏面保護部材は、前記太陽電池サブモジュールの両端部の１以上の前記太陽電池サブセルを覆う遮光パターンを有する、太陽電池モジュール。

【請求項2】

同一構成の複数の前記太陽電池サブモジュールを備え、
前記遮光パターンは、それぞれの前記太陽電池サブモジュールの等しい数の前記太陽電池サブセルを覆う、請求項１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項3】

複数の前記太陽電池サブモジュールは、前記太陽電池サブセルの配列方向に並んで配置される、請求項２に記載の太陽電池モジュール。

【請求項4】

前記遮光パターンは、隣接する前記太陽電池サブモジュールに跨る帯状部を有する、請求項３に記載の太陽電池モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

透明な板状の表面保護部材と、裏面側の板状又はシート状の裏面保護部材との間に太陽電池セルを配置し、表面保護部材と裏面保護部材の間に封止材を充填した太陽電池モジュールが利用されている。このような太陽電池モジュールにおいて、裏面保護部材と太陽電池セルの間に、太陽電池セルの電極及び配線材を覆うよう遮光フィルムを配設することによって、これらの構成要素が見えないようにすることが提案されている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０－２０９４７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

建築物等に配設される太陽電池モジュールは、建材と一体化して提供され、容易に交換できない場合がある。このため、長期の使用に際して経年劣化が小さい太陽電池モジュールが望まれる。一方、ペロブスカイト太陽電池は、ペロブスカイト化合物を含む光電変換層が比較的劣化しやすいとう欠点がある。

【0005】

このため、本発明は、信頼性が高い太陽電池モジュールを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールは、基材及び前記基材上に並んで形成される複数の帯状の太陽電池サブセルを有する太陽電池サブモジュールと、前記太陽電池サブモジュールの表面側を覆う表面保護部材と、前記太陽電池サブモジュールの裏面側を覆う裏面保護部材と、前記表面保護部材と前記裏面保護部材の間の前記太陽電池サブモジュールの周囲の空間に充填される封止材と、を備え、前記裏面保護部材は、前記太陽電池サブモジュールの両端部の１以上の前記太陽電池サブセルを覆う遮光パターンを有する。

【0007】

上述の太陽電池モジュールは、同一構成の複数の前記太陽電池サブモジュールを備え、前記遮光パターンは、それぞれの前記太陽電池サブモジュールの等しい数の前記太陽電池サブセルを覆ってもよい。

【0008】

上述の太陽電池モジュールにおいて、複数の前記太陽電池サブモジュールは、前記太陽電池サブセルの配列方向に並んで配置されてもよい。

【0009】

上述の太陽電池モジュールにおいて、前記遮光パターンは、隣接する前記太陽電池サブモジュールに跨る帯状部を有してもよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、信頼性が高い太陽電池モジュールを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュールの構成を示す模式裏面図である。

【図2】図１の太陽電池モジュールの構成を示す模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュール１の模式裏面図である。図２は、図１の太陽電池モジュール１のＸ－Ｘ線断面図である。なお、図面における種々部材の寸法は、便宜上、見やすいように調整されている。

【0013】

太陽電池モジュール１は、第１方向（図１における左右方向）に並んで配置される複数の太陽電池サブモジュール１０と、複数の太陽電池サブモジュール１０を接続する配線材２０と、複数の太陽電池サブモジュール１０の表面側を覆う表面保護部材３０と、複数の太陽電池サブモジュール１０の裏面側を覆う裏面保護部材４０と、表面保護部材３０と裏面保護部材４０の間に充填される封止材５０と、を備える。太陽電池モジュール１は、主に表面側から入射する光を光電変換することが企図されるが、裏面側から入射する光も光電変換し得る両面発電型のモジュールである。

【0014】

太陽電池サブモジュール１０は、透明な基材１１と、基材１１上に第１方向に並んで形成され、第２方向（図１における上下方向）に延びる複数の帯状の太陽電池サブセル１２と、太陽電池サブセル１２のさらに第１方向外側に第２方向に延びる帯状に形成される接続部１３と、を有する。太陽電池サブセル１２の配列方向は、太陽電池サブモジュール１０の配列方向と一致する。また、太陽電池サブモジュール１０は、規則的に配列可能とするために、全て同一構成とされることが好ましい。

【0015】

基材１１は、太陽電池サブモジュール１０の強度を担保する板状又はシート状の構造部材である。基材１１は、例えばポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂又はガラスから形成され得る。

【0016】

太陽電池サブセル１２は、第１電極層１２１、光電変換層１２２及び第２電極層１２３を基材１１側からこの順番に有する構成とされ得る。また、太陽電池サブセル１２は、電荷輸送層等のさらなる層を有する構成とされてもよい。太陽電池サブセル１２は、第１電極層１２１を切断する第１分離溝１２４と、第１分離溝１２４の近傍で光電変換層１２２を切断する第２分離溝１２５と、第２分離溝１２５の近傍で第２電極層１２３を切断する第３分離溝１２６と、によって、それぞれ独立して電力を取り出せるよう分離され、且つ電気的に直列に接続された状態に形成され得る。

【0017】

太陽電池サブモジュール１０は、複数の太陽電池サブセル１２は、基材１１の上に第１電極層１２１を形成する工程と、第１電極層１２１を切断する第１分離溝１２４を形成する工程と、第１電極層１２１の上に光電変換層１２２を形成する工程と、第１分離溝１２４の近傍で光電変換層１２２を切断する第２分離溝１２５を形成する工程と、光電変換層１２２の上に第２電極層１２３を形成する工程と、第２分離溝１２５の近傍で第２電極層１２３を切断する第３分離溝１２６を形成する工程と、によって製造され得る。

【0018】

第１電極層１２１は、光電変換層１２２で生成された第１の電荷を収集して外部に出力する。本実施形態において、第１電極層１２１は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ：Transparent Conductive Oxide）から形成される。第１電極層１２１を形成する透明導電性酸化物としては、例えば、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化チタン及びそれらの複合酸化物等を用いることができる。これらの中でも、酸化インジウムを主成分とするインジウム系複合酸化物が好ましい。高い導電率と透明性の観点からは、インジウム酸化物が特に好ましい。さらに、信頼性又はより高い導電率を確保するために、インジウム酸化物にドーパントを添加することが好ましい。ドーパントとしては、例えば、Ｓｎ、Ｗ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｉ、Ｓ等が挙げられる。特に好適な例として、インジウム酸化物にスズが添加されたＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が広く知られている。第１電極層１２１は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法などの方法で積層され得る。

【0019】

第１電極層１２１の厚みの下限としては、５ｎｍが好ましく、１０ｎｍがより好ましい。一方、第１電極層１２１の厚みの上限としては、２００ｎｍが好ましく、１００ｎｍがより好ましい。第１電極層１２１の厚みを前記下限以上とすることによって、電気抵抗を小さくすることができるので太陽電池サブモジュール１０の光電変換効率を向上できる。また、第１電極層１２１の厚みを前記上限以下とすることによって、不必要なコスト増を防止できる。第１電極層１２１は、例えば多結晶ＩＴＯ層と非晶質ＩＴＯ層との積層構造等の多層構造を有してもよい。

【0020】

光電変換層１２２は、入射光を吸収して光キャリア（電子及び正孔）を生成する。光電変換層１２２は、ペロブスカイト化合物を含むものとされ得る。光電変換層１２２に含まれるペロブスカイト化合物としては、１価の有機アンモニウムイオン及びアミジニウム系イオンのうちの少なくとも１種を含む有機原子Ａ、２価の金属イオンを生成する金属原子Ｂ、及びヨウ化物イオンＩ、臭化物イオンＢｒ、塩化物イオンＣｌ、及びフッ化物イオンＦのうちの少なくとも１種を含むハロゲン原子Ｘを含み、ＡＢＸ_３で表される化合物を用いることができる。中でも、光電変換層１２２を蒸着法（ドライプロセス）により形成する場合、有機原子ＡとしてはメチルアンモニウムＭＡ（ＣＨ_３ＮＨ_３）が好ましく、金属原子Ｂとしては鉛Ｐｂが好ましく、ハロゲン原子Ｘとしてはヨウ化物Ｉ、臭化物イオンＢｒ及び塩化物イオンＣｌのうちの少なくとも１つが好ましい。

【0021】

具体的に、好ましいペロブスカイト化合物としては、メチルアンモニウムハロゲン化鉛ＭＡＰｂＸ_３（ＣＨ_３ＮＨ_３ＰｂＸ_３）、ＭＡＰｂＩ_３、ＭＡＰｂＢｒ_３、ＭＡＰｂＣｌ_３等が挙げられる。なお、ハロゲン原子Ｘとしては複数種類を含んでもよい。ヨウ化物Ｉと他のハロゲン原子Ｘとを含むペロブスカイト化合物としては、例えばメチルアンモニウムヨウ化鉛ＭＡＰｂＩ_ｙＸ_{（３－ｙ）}（ＣＨ_３ＮＨ_３ＰｂＩ_ｙＸ_{（３－ｙ）}）、ＭＡＰｂＩ_ｙＢｒ_{（３－ｙ）}、ＭＡＰｂＩ_ｙＣｌ_{（３－ｙ）}等が挙げられる（ｙは任意の正の整数）。

【0022】

ペロブスカイト化合物を含む光電変換層１２２は、ペロブスカイト化合物がメチルアンモニウムハロゲン化鉛（ＭＡＰｂＸ_３（ＣＨ_３ＮＨ_３ＰｂＸ_３））である場合、光電変換層１２２は、ハロゲン化鉛（ＰｂＸ_２）材料及びハロゲン化メチルアンモニウム（ＭＡＸ）材料を順に製膜し、これらの材料の薄膜を反応温度で反応させることにより形成され得る。例えば、ペロブスカイト化合物がメチルアンモニウムヨウ化鉛（ＭＡＰｂＩ_ｙＸ_{（３－ｙ）}（ＣＨ_３ＮＨ_３ＰｂＩ_ｙＸ_{（３－ｙ）}））である場合、光電変換層１２２は、例えばハロゲン化鉛（ＰｂＸ２）材料及びヨウ化メチルアンモニウム（ＭＡＩ）材料を順に製膜し、これらの材料の薄膜を反応温度で反応させることにより形成される。また、光電変換層１２２は、例えば液相の塗膜内でペロブスカイト化合物を合成するゾルゲル法、予め合成されたペロブスカイト化合物を含む溶液を塗布する塗布法等の方法によっても形成され得る。

【0023】

光電変換層１２２の厚みとしては、形成材料等にもよるが、光の吸収率を大きくしつつ、生成する電荷の移動距離を小さくするために、１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下とすることが好ましい。

【0024】

第２電極層１２３は、第１電極層１２１と対をなす電極である。第２電極層１２３は、第１電極層１２１と同様の透明導電性酸化から形成されてもよく、金属を含む導電性材料等から形成されてもよい。

【0025】

第２電極層１２３の厚みの下限としては、５ｎｍが好ましく、１０ｎｍがより好ましい。一方、第２電極層１２３の厚みの上限としては、２００ｎｍが好ましく、１００ｎｍがより好ましい。第２電極層１２３の厚みを前記下限以上とすることによって、集電抵抗を十分に小さくできる。また、第２電極層１２３の厚みを前記上限以下とすることによって、太陽電池サブセル１２の分離が容易となる。

【0026】

接続部１３は、複数の太陽電池サブセル１２の接続体から電力を出力するための一対の外部電極１３１を有する。外部電極１３１は、隣接する太陽電池サブセル１２の第１電極層１２１又は第２電極層１２３と接続される。外部電極１３１には、配線材２０が接続される。

【0027】

配線材２０は、太陽電池サブモジュール１０間を接続し、複数の太陽電池サブモジュール１０から出力される電力を外部に導出する。配線材２０としては、例えば金属箔、金属線、金属編組線等が用いられ得る。また、配線材２０は、場所ごとに材質及び形状が異なってもよい。配線材２０は、太陽電池サブモジュール１０への光の入射を阻害しないよう、太陽電池サブモジュール１０に接続される部分を除いて、できるだけ太陽電池サブモジュール１０と重ならないように配置される。つまり、配線材２０は、主に平面視で太陽電池サブモジュール１０の外側に延在するよう配置される。

【0028】

表面保護部材３０は、封止材５０を介して太陽電池サブモジュール１０の表面を覆うことにより、太陽電池サブモジュール１０を保護する。表面保護部材３０は、板状又はシート状の材料から形成することができ、透光性、遮水性、耐傷性及び耐候性に優れることが好ましい。具体的には、表面保護部材３０の材質としては、例えばアクリル樹脂若しくはポリカーボネート樹脂等の透明樹脂、ガラスなどを挙げることができる。また、表面保護部材３０の表面は、光の反射を抑制するために、凹凸状に加工されたり、反射防止コーティング層で被覆されてもよい。

【0029】

裏面保護部材４０は、封止材５０を介して、太陽電池サブモジュール１０の裏面を覆うことによって、太陽電池サブモジュール１０を保護する。裏面保護部材４０は、表面保護部材３０と同様の板状の材料から形成することができる。また、裏面保護部材４０は、太陽電池サブモジュール１０の両端部の１以上の太陽電池サブセル１２及び接続部１３を覆う遮光パターン４１を有する。

【0030】

遮光パターン４１は、接続部１３に隣接する太陽電池サブセル１２を覆う。これにより、太陽電池モジュール１に裏面側から入射する光は、接続部１３に隣接する太陽電池サブセル１２には入射しない。一方、太陽電池モジュール１に表面側から入射する光は、接続部１３に隣接する太陽電池サブセル１２にも入射することが好ましい。つまり、遮光パターン４１は、表面側からの光が入射し得る１以上の太陽電池サブセル１２の裏面側を覆うよう形成される。遮光パターン４１は、例えば黒色塗料の塗布等により形成され得る。

【0031】

遮光パターン４１は、第２方向に延びる複数の帯状部４１１を有する。太陽電池モジュール１の第１方向両端部を除いて、帯状部４１１は、隣接する太陽電池サブモジュール１０に跨る。これにより、複数の帯状部４１１が等間隔に配置されるため、美観を損なわない。このため、複数の太陽電池サブモジュール１０は、太陽電池サブセル１２の配列方向に並んで配置される。

【0032】

接続部１３に隣接する太陽電池サブセル１２の特に裏面側は、外部電極１３１に配線材２０を接続する際に比較的高い温度に加熱され得る。このため、接続部１３に隣接する太陽電池サブセル１２の光電変換層１２２、特に光電変換層１２２の第２電極層１２３との界面近傍部分が劣化しやすい状態となりやすい。このような太陽電池サブセル１２に裏面側から光が入射すると、劣化が促進されて太陽電池サブセル１２の光電変換効率が低下するおそれがある。また、太陽電池サブセル１２の劣化速度にはバラツキがあるため、太陽電池サブセル１２の劣化により太陽電池サブモジュール１０の出力に差ができ、損失や発熱が生じる可能性がある。これに対し、太陽電池モジュール１では、遮光パターン４１によって太陽電池サブモジュール１０の第１方向両端部の太陽電池サブセル１２に裏面側から光が入射しないようにすることで、これらの太陽電池サブセル１２の劣化を抑制することができる。つまり、太陽電池モジュール１は、遮光パターン４１によって裏面側からの入射光による光電変換効率が制限されるが、光電変換層１２２の劣化を抑制することができるため、光電変換効率の低下が小さく、長寿命で信頼性に優れる。

【0033】

遮光パターン４１は、全ての太陽電池サブモジュール１０の出力を等しくするために、それぞれの太陽電池サブモジュール１０の等しい数の太陽電池サブセル１２を覆うことが好ましい。これにより、太陽電池サブモジュール１０を並列に接続した場合に出力差によって損失や発熱を生じることを防止できる。

【0034】

封止材５０は、太陽電池サブモジュール１０の受光側の面と表面保護部材３０との間の太陽電池サブモジュール１０の周囲の空間に充填される。封止材５０は、太陽電池サブモジュール１０と表面保護部材３０及び裏面保護部材４０とを接着すると共に、太陽電池サブモジュール１０の周囲の隙間をなくすことで、太陽電池サブモジュール１０に水分等が接触することを防止する。

【0035】

封止材５０としては、例えば、エチレン／酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン／α－オレフィン共重合体、エチレン／酢酸ビニル／トリアリルイソシアヌレート（ＥＶＡＴ）、ポリビニルブチラート（ＰＶＢ）、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、又は、シリコーン樹脂等の透光性を有する樹脂が好適に用いられる。封止材５０は、製造段階では太陽電池サブモジュール１０の隙間に浸入する熱可塑性を有し、最終製品において熱可塑性を喪失するにより太陽電池モジュール１の温度が上昇しても形状を保持できる材料から形成されることが好ましい。つまり、封止材５０は、熱可塑性樹脂を主体とし、この熱可塑性樹脂の軟化点よりも高い温度で活性化し、熱可塑性樹脂を架橋して硬化させる架橋剤を含有する樹脂組成物によって形成されることが好ましい。

【0036】

以上のように、本実施形態の太陽電池モジュール１は、裏面保護部材４０が遮光パターン４１を有するため、光電変換層１２２の劣化を抑制できるので、信頼性が高い。

【0037】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更及び変形が可能である。本発明に係る太陽電池モジュールは、美観を向上するために、表面保護部材にも遮光パターンが設けられてもよい。この場合、表面保護部材の遮光パターンは、裏面保護部材の遮光パターンよりも多くの太陽電池サブセルを露出するよう形成される。

【符号の説明】

【0038】

１ 太陽電池モジュール
１０ 太陽電池サブモジュール
１１ 基材
１２ 太陽電池サブセル
１２１ 第１電極層
１２２ 光電変換層
１２３ 第２電極層
１２４ 第１分離溝
１２５ 第２分離溝
１２６ 第３分離溝
１３ 接続部
１３１ 外部電極
２０ 配線材
３０ 表面保護部材
４０ 裏面保護部材
４１ 遮光パターン
４１１ 帯状部
５０ 封止材

【図1】

【図2】